Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Термоядерный синтез

В легких ядрах, как и в тяжелых, энергия связи нуклонов меньше, чем у элементов с промежуточными массовыми числами. В связи с этим соединение нескольких ядер в одно, более тяжелое, должно происходить с выделением энергии. Данные реакции могут осуществляться при высоких температурах. В связи с этим они были названы термоядерными. Простейшим примером реакции термоядерного синтеза может служить реакция образования ядра дейтерия

. (11.6.1)

Данная реакция протекает следующим образом. Два быстрых протона с относительной энергией ~ 10 ⁵ эВ должны сблизиться на расстояние ~ 10 ^–14 м. В результате обменной реакции один из протонов становится нейтроном. При этом образуется еще позитрон (частица, имеющая массу электрона и положительный элементарный заряд) и нейтрино. Однако, осуществление такой реакции в лабораторных условиях невозможно. Проблема заключается в том, что время, в течение которого два нейтрона с большими энергиями могут находиться на расстояниях, где действуют ядерные силы, гораздо меньше, чем это необходимо для осуществления реакции (11.6.1). Вероятность осуществления термоядерного синтеза по формуле (11.6.1) существует в недрах звезд, где температура достигает ~ 10 ⁷ К, а время их жизни ~ 10 ¹⁰ лет. Звездное вещество представляет собой плазму, состоящую в основном из протонов, электронов и некоторых других легких элементов. Поэтому в звездах могут осуществляться реакции типа

. (11.6.2)

При этой реакции происходит столкновение одновременно двух протонов и электрона. Один из протонов захватывает электрон с испусканием нейтрино. Этот нейтрон может соединиться с протоном и образовать ядро дейтерия. Как и реакция (11.6.1), вероятность реакции (11.6.2) очень мала и в лабораторных условиях неосуществима.

Реально, в лабораторных условиях на Земле, протекание реакции термоядерного синтеза с двумя ядрами дейтерия. Эта реакция может протекать по двум схемам

. (11.6.3)

. (11.6.4)

Здесь – ядро атома трития. В результате таких реакций выделяется около 4 эВ и 3,3 эВ энергии, соответственно. Образовавшийся тритий может участвовать в реакции

. (11.6.5)

с выделение энергии 17,6 эВ. Однако и здесь не все так просто. Дело в том, что термоядерный синтез необходимо проводить при высоких температурах, т.е. вещество должно находиться в состоянии плазмы. Главным препятствием на пути к термоядерному синтезу является неустойчивость плазменных систем. Таких неустойчивостей известно около сотни. В настоящее время пока не существует физических теорий, которые бы позволяли рассчитывать возмущения в плазме и неустойчивые режимы плазмы. Применение сильных магнитных полей специальной конфигурации позволило подавить многие виды макроскопической неустойчивостей, но окончательное решение вопроса пока отсутствует.